Phương pháp thiết kế mạch Điện – Khí nén

1. Nguyên tắc thiết kế

Nguyên tắc thiết kế mạch theo tầng là chia các bước thực hiện có cùng chức năng thành từng tầng riêng biệt, như vậy khi hoạt động thì nguồn cung cấp cho hệ đảo tầng chỉ có ở tầng đang thực hiện các chuyển động, còn các tầng khác thì không có nguồn. phần tử cơ bản của điều khiển theo tầng là phần tử nhớ – relay trung gian điều khiển theo tầng là bước hoàn thiện của điều khiển tùy động theo hành trình.

1.1. Nguyên lý điều khiển theo tầng

Trong mạch điều khiển theo tầng gồm có hai nhóm

Nhóm cơ cấu chấp hành: gồm các xylanh tạo ra các chuyển động, các tiếp điểm relay trung gian, các công tắc hành trình để chuyển đổi chuyển động của các xylanh tương ứng.
Nhóm đảo tầng: Thực chất là các công tắc hành trình tác động lên các relay để chuyển tầng.

Giả sử biểu đồ trạng thái được chia làm n tầng

Đầu tiên nguồn ở nhóm đảo tầng sẽ ở tầng thứ n (tầng cao nhất).
Sau khi nhấn START tín hiệu điện sẽ chuyển đến tầng thứ 1, khi kết thúc các trạng thái hoạt động thì nguồn sẽ được chuyển lên tầng thứ 2 thông qua tín hiệu công tắc hành trình cuối tầng 1. Tương tự cho đến khi nguồn chuyển đến cấp cho các chuyển động trong tầng thứ 1, cuối tầng 1 sẽ tác động vào công tắc hành trình tầng thứ n (tầng cao nhất).

Lưu ý: Tại một thời điểm chỉ tầng đang hoạt động là có nguồn, các tầng còn lại không có nguồn. Khi nguồn chuyển sang tầng kế tiếp thì nguồn ở tầng trước đó phải bị xóa.

1.2. Nguyên tắc chia tầng

Nếu ta ký hiệu các cơ cấu chấp hành bằng các mẫu tự A,B,C,D… và các chuyển động chạy ra được ký hiệu bởi dấu (+) và các chuyển động chạy vào mang dấu (-).

Lưu ý: Trong một tầng có thể gồm nhiều xylanh hoạt động khác nhau, nhưng một xylanh không được xuất hiện hai lần.

VD: Xylanh hoạt động ở chế độ A (+) và A (-) không thể xuất hiện trong cùng một tầng.

1.3. Biểu diễn hệ thống đảo tầng

Khi sơ đồ hành trình bước đã được chia ra làm n tầng, thì sẽ có (n – 1) phần tử nhớ [(n – 1) relay trung gian]. Ký hiệu E1 là tín hiệu vào tầng 1, T1 là tín hiệu ra tầng 1, tương tự E2 là tín hiệu vào tầng 2, T2 là tín hiệu ra tầng 2…

Số tầng n = 2

Hình 1. Sơ đồ chuyển tầng của mạch 2 tầng.

Số tầng n = 3

Hình 2. Sơ đồ chuyển tầng của mạch 3 tầng.

Số tầng n = 4

Hình 3. Sơ đồ chuyển tầng của mạch 4 tầng.

1.4. Các bước thực hiện

Bước 1. Lập biểu đồ trạng thái và chia tầng.
Bước 2. Xác định các tín hệu điều khiển, các công tắc hành trình.
Bước 3. Vẽ sơ đồ mạch:

Mạch động lực.
Mạch khí nén.
Mạch điều khiển. – Mạch điện.

Lưu ý: Công tắc hành trình nào nằm giữa ranh giới 2 tầng, sẽ là tín hiệu đảo tầng phía sau.

2. Bài tập thực hành thiết kế mạch điều khiển điện khí nén theo tầng

Bài 1: Thiết kế mạch điều khiển điện khí nén điều khiển theo tầng cho chuỗi

A+ B+ A- B-

Bước 1: Lập biểu đồ trạng thái và chia tầng điều khiển.

Hình 4. Biểu đồ trạng thái của mạch.

Chia tầng điều khiển

Hệ thống chia làm 2 tầng nên ta sử dụng 1 relay trung gian để chuyển đổi trạng thái giữa hai tầng.

Ta chia tầng như Hình 1.

Lập sơ đồ chia tầng.

Hình 5. Sơ đồ chia tầng của mạch 2 tầng.

Các ký hiệu S1, S2, S3, S4 chính là các công tắc hành trình.

Bước 2: Xác định các tín hiệu điều khiển và công tắc hành trình.

Bước 2.1: Tín hiệu điều khiển cho từng xylanh.

I	II	III	IV
A+	A-	B+	B-
L1	L2	S2xL3	S1xL4

Các ký hiệu L1, L2, L3, L4 chính là các van điện từ tác động vào các trạng thái của xylanh.

Bước 2.2: Bảng tín hiệu điều khiển theo tầng.

Tầng 1	Tầng 2
E1 = Start xK1(NO)	E2 = S4xK1(NC)

Ký hiệu K1 là các tiếp điểm của relay chuyển tầng.

Bước 3: Vẽ sơ đồ mạch.

Hình 6. Sơ đồ hoàn thiện chuỗi điện khí nén A+B+A-B- ở chế độ manual.

Video mô phỏng thiết kế ở chế độ manual:

Nếu muốn cho chu trình hoạt động liên tục thì ta có thể thiết kế như sau:

Hình 7. Sơ đồ hoàn thiện chuỗi điện khí nén A+B+A-B- ở chế độ auto.

Video mô phỏng ở chế độ auto:

Lưu ý: Khi mô phỏng mạch thì phải cài đặt các trạng thái ban đầu của từng xylanh rồi mới tiến hành mô phỏng mạch.

Bài 2: Thiết kế mạch điều điện khí nén điều khiển theo tầng cho chuỗi

A+ B+ B- A- C+ C-

Bước 1: Lập biểu đồ trạng thái.

Hình 8. Biểu đồ trạng thái của mạch.

Chia tầng điều khiển.

Ta chia tầng như Hình 2.

Hệ thống chia làm 3 tầng nên ta sử dụng 2 relay trung gian để chuyển đổi trạng thái giữa hai tầng

Các giá trị E2, E3 chính là các tín hiệu chuyển đổi tầng ( lấy tín hiệu từ các công tắc hành trình chuyển đổi tầng).

Lập sơ đồ chia tầng.

Hình 9. Sơ đồ chia tầng của mạch 3 tầng.

Bước 2: Xác định các tín hiệu điều khiển và công tắc hành trình.

Bước 2.1: Tín hiệu điều khiển cho từng xylanh.

I	II	III	IV	V	VI
A+	A-	B+	B-	C+	C-
L1	L2xS3	L3xS2	L4	L5XS1	L6

Các ký hiệu L1, L2, L3, L4 chính là các van điện từ tác động vào các trạng thái của xylanh.

Bước 2.2: Bảng tín hiệu điều khiển theo tầng.

Tầng 1	Tầng 2	Tầng 3
E1 = StartxK1(NO)xK2(NC)	E2 = K2(NO)xS4	E3 = K1(NO)xS6

Các ký hiệu K1,K2 chính là các tiếp điểm của relay trung gian.

Bước 3 Vẽ sơ đồ thiết kế mạch khí nén.

Hình 10. Sơ đồ hoàn thiện chuỗi điện khí nén A+ B+ B- A- C+ C- ở chế độ manual.

Video mô phỏng ở chế độ manual:

Nếu muốn cho chu trình hoạt động liên tục thì ta có thể thiết kế như sau:

Hình 11. Sơ đồ hoàn thiện chuỗi điện khí nén A+ B+ B- A- C+ C- ở chế độ auto

Video mô phỏng ở chế độ auto: